大学物理实验论文
虞洋
12070101
3112级自动化121班
劈尖干涉实验
中文摘要
牛顿环和劈尖干涉均属分振幅法产生的等厚干涉现象。通过调试和 观察现象，并读取有关实验数据，得出牛顿环中透镜的曲率半径R值和薄膜厚度d值。实验中，同一条干涉条纹表示两个光的反射面上的厚度是相同的。利用这一特性，可将牛顿环和劈尖干涉应用于球面平整度等。光是一种电磁波。在对光的本性认识过程中，光的干涉为光的波动性提供了有力的实验证明。当平行光垂直地照射到厚度不均匀的薄膜上时，从薄膜前后表面反射的光的光程差仅与薄膜的厚度有关。观察条纹，读取数据，判断两仪器的平整性，得出结论。光的等厚干涉在现代精密测量技术中，有很多重要的应用，一直是高精度光学表面加工中检验光洁度和平直度的主要手段，还可以精密测量薄膜的厚度和微小角度、测量曲面的曲
率半径，研究零件的内应力分布，测量样品的膨胀系数等。
关键词
等厚干涉;劈尖；
正文
前言：
进入大学后，我们开设了大学物理实验课，到目前为止，我们已将近学习了一年半,通过这一年半的学习，我受益匪浅。大学物理实验是我们工科院校的一门重要的基础课程，通过该课程我们掌握了科学实验的基本技巧，基本方法和基本技能，提高了分析和解决实际问题的能力，培养了创新精神和创新能力。 重视实验课的各个环节：实验前，认真聆听指导老师讲解的实验原理和实验步骤，课后预习实验并撰写预习报告；实验时，要小心认真的进行操作并记录实验数据；试验后，处理实验数据，总结实验。物理实验方法很重要，对于一个实验可能有很多种方法，我们要学会比较每种方法的优劣，选取一个最精确地试验方法，减小实验误差。物理实验并不是只要我们做几个实验，它更深的意义在于培养我们的实验思维，培养良好的实验习惯，培养科学的实验素质，为我们今后的发展奠定基础。
由于各种条件所限，如测量仪器的精度不够，测量原理或方法不完善，测量者感觉器官的缺陷，测量者能力不够等，在大多数情况下我们无法得到真值，所以每一次的测量值与真值之间总会存在一定差异，即一定会产生误差。
测量误差是不可避免的，但是我们可以通过改善实验条件，选择适当的实验方案，提高实验者的实验技术，选择精度较高的测量仪器来尽量减少测量误差，下面我总结了关于分光计的结构与调整的实验概况和减少误差的实验措施。等厚干涉是光的干涉中的重要物理实验。而作为等厚干涉的具体应用)))利用劈尖干涉法测定细丝直径,是一项很好的设计性实验。劈尖干涉的规律具有一定的实用价值,如检测加工工件表面的光洁度和机械零件的内应力分布等。对此试验的研究不仅可以加深学生对等厚干涉理论的理解,而且可以将该实验做为一个设计性实验,培养学生的发散、创新思维能力。目前有关劈尖干涉实验误差的研究可归纳如下:(1)干
涉条纹明显变形的原因;(2)干涉条纹倾斜的原因;(3)测量方法引入的误差;(4)波长所引起的误差;(5)计算方法引入的误差。本文主要从劈尖楔角引起的误差入手,通过理论推导找到劈尖楔角的极限值、最佳值,从而通过控制待测物的线度来减小用劈尖干涉测微小厚度的实验误差。
实验操作过程
将做好的空气劈尖,放在显微镜的载物台上,选钠光灯做光源,其波长 为589.3nm。 操作过程如下: (1)先将读数显微镜的目镜调好,镜筒示数中心在25cm,物镜调至最低。 (2)调节显微镜和钠光灯的高度,直至看到清晰的干涉条纹为止,并能得到较宽的视场。 (3)轻轻转动劈尖装置使其干涉条纹与目镜中垂直叉丝平行或重合。
(4)摇动鼓轮至劈尖边缘,记下劈尖首端位置x0末端位置xN,然后选取适当位置每隔10条干涉条纹记录一次读数显微镜的位置。重复测量六次。
实验概况及减少误差的改进措施
劈尖干涉理论:
由两个表面是平面的玻璃，其间有一个很小的夹角形成一个楔形的空气薄层组成的装置，称为劈尖，如图1所示。 用单色光从上面照射，入射光在空气层的上下表面发生反射，从放射光中就会看到等宽明暗相间的干涉条纹，设两玻璃间的夹角，入射光的波长为入射点处膜的厚度为e。考虑光从光疏介质射向光密介质有半波损失，则有干涉相长产生明纹的条件距离为半波长的整数倍 （1） 干涉相消产生暗纹的条件为 （2） 所以条纹间距 （3 ）可见干涉条纹间距只与入射光的波长 和劈尖夹角有关。2劈尖干涉的应用对于某一级干涉条纹，式（1）和式（2）中的k是一定的，因此空气薄层厚度相同的地方都是在同一级干涉条纹上。可见，每一条干涉条纹的形状是由空气膜的厚度分布决定的。 2.1检查平面的平整度 在被检查的工件上放一平玻璃，是其间形成一空气劈尖。如果产生的干涉条纹是平直的，根据劈尖的干涉原理，说明工件是平整的。如果产生的干涉条纹产生弯曲说明工 件不平整，工件有凸起， 否则说明工件有凹陷。 为了计算纹路深度。其中b是条纹间隔，a是条纹弯曲深度，ek 和ek+1分别是和k级和k+1级条纹对应的正常空气膜厚度，以表示相邻两条纹对应的空气 膜的厚度差， h为纹路深度，由相似三角形关系可得
由上述分析可知,由于干涉条纹间距不尽相等,在实际测量中将出现以下几种情况:(1)靠近细丝附近,由于条纹偏密,测得的条纹间距偏小,则测量值D偏大; (2)靠近棱边处,由于劈尖制作不够规范,导致干涉条纹粗而弯曲,使测得的条纹间距偏大,从而造成测量值D偏小; (3)在棱边与细丝之间选一段清晰的直条纹进行多次重复性测量,可以减小测量误差。但这样做的人为因素影响较大; (4)在棱边与细丝之间,尽量靠近棱边一侧,在条纹清晰,平直的较长区域内,连续测量多组数据(可以每取10条或20条为一组测量数据)。这样则可以减小测量误差。
因为测量细丝直径的实验公式,是在忽略入射角对光程差影响的近似条件下导出来的,并且又仅适用于等间距的干涉条纹。而在实际测量中干涉条纹间距不相等,这样就造成理论上的系统误差。又因在劈尖制作上不够规范以及读数显微镜的测量范围较小(小于5cm)。又造成测量上的仪器误差。因此,我们在实际测量时应选
择测量方法“4”。并采用逐差法处理实验数据,可以消减系统误差。 前面的数据表就是选择测量方法4取得的测量数据和计算结果,下面对其测量结果进行误差估算。
结论
为了尽量减小系统误差、仪器误差、测量误差,我们在具体实验中:
(1)采取选择测量方法\"4\"连续测量;
(2)采取在读数显微镜允许的测量范围内使细丝位置尽量远离劈尖棱边,以增大L的测量值;
(3)采取多次测量利用逐差法处理实验数据
参考文献
1,母国光,战之令.光学(光的干涉)[M].北京:人民教育出版社.1979,3.
2,李志超.大学物理实验(迈克尔逊干涉仪)[M].北京:高等教育出版社.2001,12.3,葛松华,唐亚明,大学物理实验2012.12
